웨어러블 헬스케어 응용을 위한 귀 주변 EEG 측정 플랫폼 개발 = Development of an Around-Ear EEG Measurement Platform for Wearable Healthcare Applications

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 차세대 웨어러블 디바이스로 주목받는 스마트 글래스 구조에 통합된 귀 주변 EEG 측정 플랫폼을 개발하고, 이를 통해 스마트 글래스 기 반 Around-Ear EEG 측정의 신뢰성과 뇌-컴퓨터 인터페이스로의 활용 가능성을 검증하였다. 기존 연구에서 스마트 글래스 기반 EEG 측정을 위해 안경 템플에 브러 쉬 타입의 건식 전극을 적용하여 측두엽 영역의 EEG를 측정하였으나, 이는 모발의 영향으로 전극-피부 접촉이 불안정하여 신호 품질이 저하되고, 국 소 압박에 의해 착용이 불편하다는 한계가 있었다. 본 연구는 이러한 문제를 개선하기 위해 모발의 영향이 적으며 착용 시 피부와 자연스럽게 밀착되는 템플 팁 위치에 평면형 건식 전극을 적용하여 귀 뒤쪽 영역에서 EEG를 측정하는 플랫폼을 제안하였다. 또한, ADS1299 및 Wi-Fi 모듈을 포함하는 소형화된 PCB를 설계하여 사용자의 이동성을 보장하는 무선 데이터 수집 시스템을 구현하였다. 총 9명(남 5명, 여 4명, 24.56±1.42세)을 대상으로 제안된 플랫폼과 두 피 EEG를 비교 및 검증한 결과, Alpha Power Modulation 분석에서 두피 EEG와 Around-Ear EEG에서 동일한 경향성이 관찰되었으며, 통계 검증 을 통해 눈을 감은 상태에서의 알파 대역의 파워가 유의미하게 증가함을 확 인하였다. 또한, 외부 자극에 의해 유발되는 SSVEP와 ASSR의 실험에서 각 자극 주파수와 동기화된 유의미한 주파수 응답이 관찰되었으며, 통계 검증을 통 해 자극 주파수와 동기화된 반응이 주변 대역에 비교해 유의미한 차이가 존 재함을 확인하였다. 더 나아가, 제안된 플랫폼 기반의 귀 주변 EEG 데이터를 활용한 Multi-frequency SSVEP 패러다임의 실시간 분류를 위한 CCA 알고리즘 이 온라인 환경에서 SSVEP 성분을 검출하는 것을 확인함으로써 뇌-컴퓨 터 인터페이스로서의 확장 가능성을 확인하였다. 결론적으로, 본 연구에서 제안한 스마트 글래스 구조 기반의 귀 주변 EEG 측정 플랫폼은 기존 연구에서 제시한 플랫폼의 한계를 보완하여 착용 편의성 과 신호 안정성을 동시에 확보하였으며 차세대 웨어러블 디바이스에서의 뇌파 활용 플랫폼의 기반이 될 수 있음을 시사한다.

목차 (Table of Contents)

• 국 문 요 약
• Ⅰ. 서 론 1
• 1. AI 시대에서의 귀 주변 EEG 측정 플랫폼의 필요성 1
• 2. Electroencephalography(EEG, 뇌파) 2
• 3. 기존 스마트 글래스 기반 EEG 측정 플랫폼의 한계 4
• 4. Non-hair bearing area EEG(비모발 영역 EEG) 6
• 5. 본 연구의 목표 8
• Ⅱ. 연 구 방 법 9
• 1. 스마트 글래스 통합형 하드웨어 플랫폼 개발 9
• 1.1. Around-Ear EEG 측정을 위한 전극 10
• 1.2. 고정밀 Around-Ear EEG 측정 회로 설계 11
• 1.3. 소형화된 무선 데이터 수집 시스템 13
• 2. 실험 프로토콜 15
• 2.1. 실험 전극 배치 16
• 2.2. 실험 프로토콜 17
• 2.3. 데이터 분석 22
• 2.4. SSVEP 기반 온라인 실험 24
• Ⅲ. 결 과 28
• 1. 실험 결과 28
• 1.1. Alpha Power Modulation 28
• 1.2. SSVEP 31
• 1.3. ASSR 34
• 1.4. SSVEP 기반 온라인 실험 평가 38
• Ⅳ. 논 의 40
• Ⅴ. 결 론 43
• 참 고 문 헌 44
• 영 문 요 약